7.1. Фундаменты под колонны.

Отдельный фундамент под колонну (столб) следует проектировать квадратным, симметричным относительно оси колонны. При внецентренной нагрузке со значительным эксцентриситетом подошва фундамента может приниматься прямоугольной формы (близкой к форме квадрата) или с несовпадением оси колонны с серединой подошвы (несимметричный фундамент).

Размеры подошвы фундамента a b устанавливают последовательным уточнением R и F по полученным значениям b и R. Их принимают кратными 10 см.

При внецентренных нагрузках с большим эксцентриситетом эпюра реактивного давления грунта на подошве фундамента может быть трапециевидной, треугольной при полном касании фундамента с грунтом и реже треугольной – при неполном касании. При таких эпюрах наблюдается крен фундамента. Чем сильнее отличается форма эпюры от прямоугольной, тем больше крен фундамента и его влияние на каркас здания.

В связи с этим при расчете на основные и дополнительные нагрузки в зависимости от их характера форма эпюры реактивного давления грунта имеет определенные ограничения:

а) для фундаментов колонн зданий с мостовыми кранами грузоподъемностью 75 т и более, а также для фундаментов колонн открытых эстакад с кранами грузоподъемностью 15 т или при расчетном давлении на основание для всех зданий и сооружений R ≤ 150 кПа следует принимать трапециевидную эпюру P_min ≥ 0,25P_max;

б) для фундамента колонн с другими крановыми нагрузками можно принимать треугольную эпюру при полном касании фундамента с грунтом, т.е. P_min ≥ 0;

в) для фундаментов колонн, не воспринимающих крановые нагрузки, при расчете с учетом действия ветра, а также во всех случаях при учете особых воздействий, допускается треугольная эпюра при неполном касании подошвы фундамента с грунтом, но не менее чем на 75 % площади подошвы фундамента.

При назначении высоты фундамента под колонны следует учитывать, что при фундаментах под сборные колонны верх фундамента принимают на отметке 0,15 м и -0,05 м при фундаментах под монолитные колонны (при наличии фундаментных балок – в уровне верха балки).

Толщина защитного слоя – бетона принимается для монолитных фундаментов не менее 35 мм при наличии бетонной подготовки и 70 мм при отсутствии таковой. В сборных фундаментах толщина защитного слоя назначается не менее 30 мм.

Минимальная высота полезного сечения фундамента h₀ с квадратной подошвой находится из условия прочности его бетона на продавливание колонной в предположении, что продавливание происходит по поверхности пирамиды (рис.7.2), боковая сторона которой начинается у колонны и наклонена под углом 45°:

N₁ ≤ k R_p h₀ b_ср, (7.1)

где N₁ – расчетное значение продавливающей силы;

k =1 – эмпирический коэффициент;

R_p – расчетное сопротивление бетона при растяжении, ко­торое принимают по СНиП П-21-75 в зависимости от марки бетона. Для монолитных фундаментов марку бетона назначают не менее М 150, для сборных – М 200. Бетон больше М 300 в фундаментах используют редко;

b_ср – среднее арифметическое между периметрами верхнего и нижнего оснований пирамиды, образующейся при продавливании в пределах полезной высоты сечения фунда­мента.

Рис. 7.2. Схема для расче­та на продавливание фундамента

Значение силы N₁ определяется по формуле

N₁ = N_I – F_o.п∙ p,

где N_I – расчетная продольная сила, действующая в сечении колонны у верха фундамента. При выполнении курсового проекта можно принимать

N_I = 1,2 N_II;

F_о.п – площадь основания пирамиды продавливания;

F_o.п = (а_к+2 h₀)( b_к+2 h₀);

р – среднее давление грунта от расчетных нагрузок на по­дошве фундамента:

р = ;

G_I – расчетная нагрузка от собственного веса фундамента;

F – площадь подошвы фундамента ( F = l × b ).

Выполняется проверка высоты фундамента, принятой по конструктивным соображениям. Для этого пользуются приближенной формулой:

.

Расчет на продавливание центрально-нагруженных прямоуголь­ных, а также внецентренно-нагруженных фундаментов, также произ­водится по формуле (7.1), но при этом значения N₁ и b_ср определяются по формулам:

N₁= ;

b_ср= ,

где F – площадь многоугольника АВСDЕG (см. рис. 7.2);

и – соответственно верхняя и нижняя стороны одной грани пирамиды продавливания;

р₁ – наибольшее давление на грунт от расчетной нагрузки (р₁ < р_max).

По этим формулам можно также определять высоты ступеней фун­дамента из условия расчета на продавливание по их контуру.

Окончательные размеры фундамента по высоте (в том числе и высота ступеней) принимаются кратными 50 мм.

В курсовом проекте необходимо также рассчитывать армирование плит фундамента.

Для определения изгибающих моментов в фундаментах колонн (рис.7.3) можно пользоваться формулами:

для направления l (сечение I-I)

;

для направления b (сечение II–II)

,

где P₀ – среднее реактивное давление грунта на подошве фундамен­та на участке l, получен­ное от расчетного продоль­ного усилия, приложенного на уровне верха фундамента;

,

где P₁ – давление на подошву фундамента в месте сечения, определяемое по эпюре реактивных давлений (рис. 7.3).

Рис. 7.3. Схема для расчета на изгиб фундамента

Значение Р_max определяют по формуле:

.

Необходимую площадь арматуры на фундамент можно определить по формуле:

,

где R_a – расчетное сопротивление арматуры.

Если ступеней в фундаменте несколько, аналогичный расчет выполняют и для других площадей сечений. Подбор арматуры выполняется по большему значению F_а.

Для армирования фундаментов используют отдельные стержни диаметром больше 10 мм из горячекатаной стали периодического профиля класса АII с R_а = 270 МПа кгс/см. Стержни укладываются на расстоянии 10...20 мм.

В курсовом проекте расчет подколонника не выполняют, а его конструкцию и армирование принимают как для типовых решений.

При вычерчивании эскизов следует учитывать, что рекомендуется под монолитными фундаментами устраивать бетонную подготовку толщиной 100 мм из бетона марки М 50.

При проектировании сборных фундаментов ограничиваются лишь выбором необходимого типа фундамента по каталогу. Если в каталоге фундамент требуемых размеров отсутствует, его необходимо рассчитывать и конструировать монолитным. Бетонная подготовка под сборными фундаментами не устраивается. В случае необходимости она выполняется из песка средней крупности слоем 100 мм.